Ingeniería
Limpieza de gases de combustión y gases residuales
Nos dedicamos a elaborar estudios y ofrecer asesoramiento enfocados en las tecnologías para reducir y eliminar la concentración de SOx, NOx, PCDDs, PCDFs, compuestos orgánicos volátiles y contaminantes sólidos en diversas plantas industriales tales como centrales eléctricas, centrales térmicas, incineradoras de residuos, fundiciones, plantas de cemento, etc. Elaboramos estudios para pequeños recursos locales hasta grandes unidades industriales con un caudal de gases de combustión de 10.000–3.000.000 m 3/h. También elaboramos estudios para la modernización e intensificación de los recursos existentes.
Desulfuración de gases de combustión
En los combustibles gaseosos naturales, el azufre se encuentra mayoritariamente en forma de SO2 o SO3. En el caso de los combustibles sólidos, especialmente el carbón, que se utiliza en la mayoría de las fuentes de calor estacionarias, el azufre ya está ligado al combustible como parte de la materia inflamable. En estos combustibles, el azufre también puede presentarse en tres formas diferentes, es decir, la sulfática (químicamente unido a las cenizas), la orgánica y la pirítica. El azufre pirítico en el carbón es aquella forma de azufre que, en el caso de que no esté disperso en el combustible, se elimina con relativa facilidad mediante métodos convencionales, como el tratamiento en hidrociclones. Sin embargo, la eficacia de estos métodos suele ser limitada. También existen otras formas mecánicas de eliminar el azufre del combustible, pero es una cuestión de eficiencia económica, puesto que estos métodos no suelen ser económicos en cuanto al precio de venta del calor en nuestro mercado, precisamente por el gran desarrollo de recursos más pequeños respetuosos con el medio ambiente y el despliegue de unidades de cogeneración. Hoy en día, prácticamente los métodos más utilizados para eliminar los compuestos de azufre son precisamente de los gases de combustión que entran en la chimenea. La eliminación del azufre se puede realizar de dos formas (de principios diferentes), ya sea mediante oxidación catalítica a SO3 y la posterior eliminación en forma de H2SO4 o mediante la ligación a un aditivo sólido adecuado.
Método de reducción de SOx seco
El método de aditivo seco se usa con mayor frecuencia en combinación con filtros de tela. El principio de este método es la dosificación del aditivo a base de Ca2 + (mayoritariamente cal apagada Ca(OH)2), pero también a base de Na+ (NaHCO3) en la corriente de gases de combustión en el conducto o en el reactor, donde el aditivo se mezcla intensamente con los gases de combustión y se produce la reacción primaria. La reacción secundaria se produce en el tejido de filtración, que es intensa especialmente en el caso de los filtros que utilizan regeneración por soplado de ventilador.
Este método se utiliza para la desulfuración de fuentes de combustión más pequeñas y para la reducción de HCl, HF, dioxinas y otros contaminantes gaseosos.
Alcanza la eficacia de hasta el 75% para la desulfuración y más del 90% para la reducción de HCl y HF.
Este método tiene unos costes de inversión muy bajos, pero su desventaja es una menor eficacia y un mayor consumo del aditivo.
En ocasiones conviene complementar este método con la intensificación, puesto que mediante la pulverización de agua en el reactor podemos conseguir una mayor eficacia y un menor consumo del aditivo.
Método de reducción de SOx semiseco
Otro método utilizado es el denominado método de desulfuración semiseco. Se le da preferencia a este método principalmente en las unidades de las centrales eléctricas con una capacidad instalada máx. de hasta 300 MW. Se caracteriza sobre todo por el hecho de que el producto de desulfuración es adecuado para el almacenamiento permanente en un vertedero corriente, pero no es muy adecuado para su uso posterior como materia prima secundaria. En principio, se trata de un proceso sencillo y fácil de gestionar en la práctica. Al inyectar agua en la corriente de gases de combustión, su temperatura cae unos 10–20 °C por debajo de la temperatura de saturación de los gases de combustión (debido a la condensación de los gases de combustión y la corrosión a baja temperatura en las chimeneas) y se introduce Ca(OH)2 en forma de polvo o una suspensión de agua en los gases de combustión, que además reacciona de acuerdo con las relaciones que se muestran a la derecha.
La ventaja de este método es la reactividad de los reactivos con otros contaminantes gaseosos, como el cloruro o el fluoruro de hidrógeno, lo que resulta en su eliminación parcial de los gases de combustión.
Método de reducción de SOx por vía húmeda
En la actualidad, el método más utilizado es el denominado lavado húmedo de caliza. Es el método más extendido en la industria energética del carbón y, prácticamente, el único método utilizado hoy en día en las centrales eléctricas modernas. La diferencia básica en comparación con los métodos anteriores es que se trata de un lavado húmedo de la corriente de los gases de combustión con un agente reactivo en el reactor al mismo tiempo que se forma el llamado producto final (yeso energético), que puede continuar utilizándose como materia prima secundaria en la industria de la construcción, como base para pistas de carretera o la producción del cartón yeso.
Todo el proceso consta de una serie de subprocesos que se realizan en las zonas individuales del reactor de desulfuración. Este reactor a menudo se denomina absorbedor. El principio básico es la introducción de gases de combustión sin tratar en el absorbedor, donde estos gases de combustión se pulverizan, en varios niveles, con una suspensión de cal. El diseño de la estructura, el número de niveles de pulverizado y la elección del tipo de boquillas se basan principalmente en simulaciones CFD para lograr la mayor superficie interfacial posible del reactivo y los gases de combustión para una limpieza lo más perfecta posible. Los gases de combustión tratados a continuación salen de la parte superior del absorbedor hacia la chimenea existente de la central eléctrica. A la salida de estos gases de combustión del absorbedor hay una medición continua no solo de las emisiones de gases de combustión, sino especialmente de la temperatura de estos para garantizar que esta temperatura sea siempre al menos 10 °C más alta que la temperatura del punto de rocío de los gases de combustión a una presión determinada. En la práctica, esta temperatura de los gases de combustión es de 68–58 °C. El absorbente suele ser un recipiente metálico con un revestimiento interno de goma en varias capas. Siempre hay al menos dos niveles de pulverizado, pero en la práctica a menudo hay tres. Por encima de estos niveles de pulverizado hay un dispositivo denominado separador de gotas, que reduce el flujo másico de agua en los gases de combustión y, por lo tanto, la pérdida del medio de trabajo. En su mayoría, se trata de rejillas de persiana con boquillas de lavado, que el sistema automático de gestión de procesos tecnológicos activa automáticamente una vez cada varias decenas de minutos. La parte inferior del absorbedor está formada por un fondo colector, donde queda un cierto nivel de la suspensión de yeso. En este punto se introduce aire oxidante en el absorbedor procedente de los agitadores de aire oxidante. Además, en ese lugar están ubicados los agitadores del absorbedor para mezclar la suspensión y así crear un mejor ambiente para la oxidación. Esta mezcla de caliza y yeso recircula constantemente gracias a grandes bombas de recirculación para alcanzar la parte superior de las boquillas del nivel de pulverizado. Debido al medio abrasivo, estas tuberías siempre están realizadas en una fibra de vidrio denominada FRP. El producto final después del pulverizado de los gases de combustión se bombea mediante bombas de extracción a sumideros de emergencia o a un espesador, donde la mezcla resultante se espesa para transportarla fuera de la central térmica.
Este método es muy eficaz y efectivo, pero requiere grandes instalaciones para la gestión de la caliza, el proporcionar agua de proceso para el lavado de todas las bombas, la construcción de nuevos edificios con tanques para la suspensión de yeso y caliza y muchos otros medios de trabajo necesarios para la limpieza continua de la corriente de los gases de combustión. El método suele alcanzar una eficacia de hasta el 98,5%. El valor de pH habitual para el funcionamiento correcto de la desulfuración suele ser alrededor de 5–5,5 en la práctica.
El producto final se obtiene extrayendo la suspensión de yeso desde la parte colectora del absorbedor mediante bombas de extracción, que a continuación se conduce al centro de mezclado para su deshidratación. Desde el centro de mezclado, la suspensión se conduce al espesador, que en la práctica es capaz de deshidratar la suspensión al 30% del peso de agua.
Desnitrificación de los gases de combustión
La desnitrificación significa la reducción de contaminantes, especialmente compuestos de NOx, de los gases de combustión. Estos compuestos se forman durante la combustión de combustibles a altas temperaturas (superiores a 1100 °C), cuando los compuestos térmicos de nitrógeno se forman de manera más abundante. Los compuestos del combustible ligados en la materia inflamable del combustible determinado se liberan en los gases de combustión también por descomposición. Hoy en día, se utilizan tres formas diferentes de reducir estos contaminantes (los llamados métodos primarios de reducción de NOx):
- Medidas que regulan el propio sistema de combustión
- Intervención de diseño en la cámara de combustión
- Combinación de los dos métodos anteriores
Los elementos básicos para la reducción primaria de óxidos de nitrógeno son las medidas que regulan el propio sistema de combustión. Estos incluyen, por ejemplo, recirculación de los gases de combustión, combustión con un bajo coeficiente de exceso de aire, que es vigilado por el sistema automático de gestión de procesos tecnológicos sobre la base de las condiciones dinámicas de combustión en sí, o varios valores de la temperatura de funcionamiento en los niveles individuales de la cámara de combustión.
La segunda manera de reducir estos óxidos es una intervención estructural en la propia cámara de combustión. Se trata principalmente de la sustitución de los quemadores existentes por unos de bajas emisiones, el suministro escalonado de aire de combustión, la mejora del diseño de la cámara para eliminar «rincones muertos», etc.
La tercera manera abarca varios métodos que combinan las dos categorías anteriores, mayoritariamente una modificación de los circuitos de trituración del combustible junto con la regulación del suministro del aire primario, pero sobre todo del secundario, en la cámara de combustión.
Los demás métodos para reducir NOx de los gases de combustión están basados en la inyección de un aditivo a base de amoníaco o urea en los gases de combustión.
Reducción no catalítica selectiva de NOx
La reducción no catalítica selectiva consiste en crear condiciones de reducción en las que el amoníaco o la urea inyectados en la caldera reducen de manera selectiva (por prioridad) los óxidos de nitrógeno, produciéndose nitrógeno elemental y vapor de agua. La eficacia de la reducción de NO x es del 40 al 60%. Un rasgo característico de este proceso es que se desarrolla en la caldera en un rango de temperatura de 900 a 1.050 °C. El uso de amoníaco como agente reductor presenta ciertas desventajas. El amoníaco es una sustancia peligrosa para la salud que requiere equipos tecnológicos más complejos para su almacenamiento y manipulación; cuando hay fugas, los malos olores son una molestia para el entorno circundante y los compuestos resultantes del amoníaco y el azufre pueden formar depósitos no deseados en la maquinaria. Por estas razones, en algunos procesos se utiliza urea en lugar de amoníaco.
Reducción catalítica selectiva
La reducción catalítica selectiva se basa en las mismas reacciones químicas que la reducción no catalítica anterior, pero gracias al catalizador, las reacciones se producen a temperaturas de entre 300 °C y 400 °C. Se inyecta amoníaco en los gases de combustión, que sucesivamente se introducen en el reactor catalítico, donde los óxidos de nitrógeno que contienen los gases de combustión se vuelven a convertir en nitrógeno y vapor de agua. La eficacia de reducción de NO x es del 80 al 90%, es decir, alta. Los catalizadores suelen estar mayoritariamente fabricados de óxidos de vanadio, molibdeno, tungsteno y sus combinaciones. Su precio es relativamente alto y su vida útil, al contrario, es relativamente baja.